Os três foram premiados pelos estudos que levaram à optogenética, método que permite aos cientistas usar luz para ativar ou desativar tipos específicos de neurônios. Com ela, tornou-se possível investigar com uma precisão antes inimaginável quais circuitos do cérebro estão envolvidos em funções como memória, medo, prazer, atenção, sono e comportamento social.

A história começou na década de 1990. O biofísico Hegemann, professor sênior de neurociência na Universidade Humboldt de Berlim, queria entender como a Chlamydomonas , uma alga unicelular, conseguia perceber a luz e nadar rapidamente em direção a ela. A reação era extraordinariamente veloz: apenas meio milissegundo depois de a luz atingir uma pequena estrutura sensível na alga, surgia um impulso elétrico.

Da alga para os neurônios

A investigação levou Hegemann e o também biofísico Nagel, professor de fisiologia molecular de plantas na Universidade de Würzburg, à descoberta das canalrodopsinas, proteínas que funcionam como canais na membrana das células.

Quando atingidas pela luz, elas se abrem e permitem a passagem de partículas eletricamente carregadas, os íons. O resultado é um sinal elétrico. Mais importante: os pesquisadores perceberam que era possível inserir o gene responsável pela produção dessas proteínas em outras células e torná-las sensíveis à luz.

Foi aí que entrou o psiquiatra e neurocientista Karl Deisseroth, professor de bioengenharia e de psiquiatria e ciências do comportamento da Universidade Stanford, que já buscava uma maneira de controlar com precisão a atividade dos neurônios. Ao conhecer a descoberta da canalrodopsina-2, ele escreveu a Nagel e pediu acesso ao DNA responsável pela produção da proteína.

Com o material em mãos, introduziu o gene em neurônios de ratos cultivados em laboratório e descobriu que podia produzir um impulso nervoso simplesmente iluminando as células com luz azul. O resultado foi publicado em 2005.

Dois anos depois, o método já funcionava no cérebro de camundongos vivos. Os pesquisadores inseriram o gene em determinados neurônios da região cerebral responsável pelos movimentos e fizeram a luz chegar até eles por uma fibra óptica. Dessa forma, conseguiram controlar o movimento dos bigodes dos animais.

Nascia a optogenética, combinação de genética e luz para controlar a atividade de células específicas.

Uma janela para entender o cérebro

O avanço resolveu um problema que acompanhava a neurociência havia décadas. Os cientistas conseguiam associar determinadas regiões cerebrais a funções do organismo, mas tinham dificuldade para demonstrar exatamente quais células causavam determinada resposta.

Com a optogenética, passaram a poder ligar ou desligar circuitos neurais específicos e observar o que acontecia. Desde então, cientistas identificaram circuitos relacionados à dor, sede, alimentação, recompensa, atenção e comportamento social, além de células envolvidas no controle do ritmo circadiano e até na produção da febre durante uma resposta do sistema imunológico.

Um dos experimentos mais marcantes ocorreu em 2012. Cientistas identificaram os neurônios ativados quando camundongos vivenciaram uma situação de medo. Mais tarde, ao reativar essas mesmas células, os animais voltaram a demonstrar medo mesmo sem estarem diante do perigo. O experimento permitiu mostrar quais células nervosas eram necessárias para uma memória específica.

“A optogenética oferece oportunidades de mapear o cérebro de uma forma com a qual antes só podíamos sonhar”, afirmou Per Svenningsson, presidente do Comitê Nobel de Medicina.

Da pesquisa para possíveis tratamentos

A técnica é, sobretudo, uma ferramenta de pesquisa, mas o conhecimento produzido com ela já ampliou a compreensão de transtornos e doenças como depressão, ansiedade, esquizofrenia, Alzheimer e Parkinson. E começam a surgir tentativas de levar seus princípios para a medicina.

Uma das frentes mais promissoras envolve pessoas que perderam a visão por retinite pigmentosa, doença que destrói células da retina responsáveis pela captação da luz. Em estudos clínicos, pesquisadores introduziram na retina uma proteína semelhante à canalrodopsina. Em um dos casos descritos pelo Comitê Nobel, uma pessoa cega recuperou parcialmente a capacidade visual e, com óculos especiais que emitem luz, conseguiu distinguir e pegar objetos sobre uma mesa.

Também há expectativa de que a técnica possa, no futuro, tornar implantes cocleares mais precisos ao estimular o nervo auditivo com luz em vez de eletricidade.

Deisseroth, Hegemann e Nagel dividirão igualmente o prêmio de 12 milhões de coroas suecas atribuído pelo Nobel.